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cosmología

¿Por qué hay algo en vez de no haber nada?

Escrito por Enunlugarenelcosmos 04-11-2017 en ciencia. Comentarios (0)

Estas cuestiones han rondado en la cabeza de las personas desde hace mucho tiempo, desde el momento en que comenzaron a hacerse preguntas del mundo que las rodea.

Los científicos no se preguntan el “por qué” dado que ésta no es una buena pregunta en este Universo. La ciencia en lugar de preguntar “por qué” lo hace desde el "cómo". Esto es así debido a que el “por qué” estaría implicando un propósito y es muy probable que el Universo no tenga un propósito. Incluso, a partir de deducciones de las leyes que actualmente se conocen, el Universo no necesita de un propósito para existir. No hay evidencia alguna que indique un propósito de existencia.

Volviendo a la pregunta original, lo que se pretende responder es ¿cómo puede algo surgir de la nada?. Esta pregunta parece en principio violar las leyes de la física en particular la ley de conservación de la energía que postula que la energía en un sistema cerrado se conserva, no se crea ni se destruye.

La respuesta resulta en gran medida simple, lo que llamamos nada es inestable, siempre se produce algo en ella. Si combinamos la Mecánica Cuántica con la Relatividad General, en lo que se dan en llamar Teorías de la Gravedad Cuántica, el espacio vacío, que en apariencia es nada, está repleto de entidades cuánticas virtuales. El espacio vacío o la nada coloquialmente hablando, es realmente un hervidero de entidades cuánticas virtuales. Partículas virtuales se crean y se aniquilan en breves períodos tiempos permitidos por el principio de indeterminación de Heisenberg. Esto no violan la ley de conservación de la energía pues el producto de su energía por el tiempo es siempre mayor o igual a la constante de Planck. El tiempo de aparición y desaparición de estas fluctuaciones en general es muy breve y nada, ni siquiera el Universo, puede detectarlas salvo en algunos casos extremos como en el horizonte de sucesos de un agujero negro, por ejemplo.

Esto es así porque el espacio y el tiempo son variables mecánico cuánticas. De esta manera, universos completos pueden crearse, cada uno con sus leyes particulares, con sus espacio–tiempos y con su materia y su energía. Lo importante es destacar que estos universos pueden crearse sin violar las leyes de la física. La energía total del Universo es cero, esto da una evidencia clara de que el Universo surgió de la nada al todo. Dado que si originalmente no había energía, y al final la energía volverá a ser cero.

Fuente: Ciencia historia

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La formación y evolución de las galaxias

Escrito por Enunlugarenelcosmos 27-07-2017 en ciencia. Comentarios (0)

En astrofísica, las preguntas sobre la formación y evolución de las galaxias son:

¿Cómo se ha generado un universo tan heterogéneo a partir de un universo homogéneo?

¿Cómo se formaron las galaxias?

¿Cómo cambian las galaxias con el tiempo?

Después del Big Bang, el universo tuvo un periodo en el que fue muy homogéneo. Tal como se observa en la radiación de fondo de microondas, las fluctuaciones son menores que una parte en cien mil.

La teoría más aceptada es que las estructuras que observamos hoy en día se formaron como consecuencia del crecimiento de fluctuaciones primordiales debido a la inestabilidad gravitacional. Las fluctuaciones primogenias causaron que los gases fueran atraídos hacia áreas de material más denso, jerárquicamente se formaron los supercúmulos, las agrupaciones galácticas, las galaxias, los cúmulos estelares y las estrellas. Una consecuencia de este modelo es que la localización de las galaxias indican áreas de alta densidad del universo primigenio. Así, la distribución de las galaxias está íntimamente relacionada con la física del Universo primigenio

Datos recientes aportan evidencias de que las primeras galaxias se formaron mucho más temprano de los que los astrónomos preveían, tan solo 600 millones de años después del Big Bang. Esto deja poco tiempo para que las pequeñas inestabilidades primordiales crezcan lo suficiente para que las protogalaxias formen galaxias.

Buena parte de los esfuerzos de investigación están centrados en los componentes de nuestra propia Vía Láctea, ya que es la galaxia más fácil de observar. Las observaciones que necesitan explicación, o al menos ser compatibles, en una teoría de la evolución galáctica son:

El disco estelar es muy fino, denso y rota.

El halo estelar es grande, disperso y no rota (o incluso tiene una pequeña retrogradación), sin subestructura aparente.

Las estrellas del halo son por lo general mucho más viejas y tienen una menor metalicidad que los discos estelares (aquí se observa una correlación, pero no hay una conexión directa entre estos datos).

Algunos astrónomos han identificado una población intermedia de estrellas, llamadas "población II intermedia". Si ésta es una población distinta, entonces se describirían como de baja metalicidad (pero no tan pobres como las estrellas del halo), viejas (pero no tan viejas como las estrellas del halo) y orbitan muy cerca del disco.

Los cúmulos globulares son en general viejos y de baja metalicidad, pero hay algunos que no tienen tan baja metalicidad como la mayoría, y/o que tienen estrellas más jóvenes. Algunas estrellas en los cúmulos globulares parecen ser tan viejas como el propio universo (utilizando métodos y análisis totalmente diferentes).

En cada cúmulo globular, todas las estrellas nacen aproximadamente al mismo tiempo (excepto en algunos pocos cúmulos globulares que muestran múltiples épocas de formación estelar).

Los cúmulos globulares de órbitas más cortas (más cercanas al centro galáctico) tienen orbitas de baja inclinación con respecto al disco y menos excéntricas; mientras que los que tienen órbitas más alejadas orbitan en cualquier inclinación y con órbitas más excéntricas

Las nubes de alta velocidad, nubes de hidrógeno neutro "llueven" en la galaxia, y presumiblemente lo han hecho desde el comienzo (estas serían la fuente de gas del disco, de la que se han formado las estrellas del disco).

El 11 de julio de 2007, utilizando el telescopio de 10 metros Keck II en Mauna Kea, Richard Ellis del Inistituto Tecnológico de Califoria en Pasedena y su equipo encontraron seis galaxias con formación estelar a unos 13 200 millones de años luz y, por tanto, creadas cuando el universo solo tenía 500 millones de años.

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Superficie de última dispersión

Escrito por Enunlugarenelcosmos 27-07-2017 en ciencia. Comentarios (0)

El final de la inflación se llama recalentamiento, cuando la inflación desintegra las partículas en un plasma térmico caliente de otras partículas. En esta época, el contenido de energía del Universo es completamente radiación, con los modelos de partículas convencionales teniendo velocidades relativistas. Según se enfría el plasma, se piensa que ocurren la bariogénesis y la leptogénesis, según se enfría el plasma de quarks y gluones, aparece la ruptura de la simetría electrodébil y el Universo principalmente se compone de ordinarios protones, neutrones y electrones. Cuando el Universo se enfría más, ocurre la nucleosíntesis del Big Bang y se crean pequeñas cantidades de núcleos de deuterio, helio y litio. Según el Universo se enfría y se expande, la energía de los fotones empieza a alejarse hacia el rojo, las partículas llegan a ser no relativistas y la materia ordinaria empieza a dominar el Universo. Eventualmente, los átomos empiezan a formarse como electrones libres asociados a núcleos. Esto suprime el efecto Compton de fotones. Combinado con la rarefacción del Universo (y el consecuente incremento del camino libre medio de fotones), esto hace al Universo transparente y el fondo cósmico de microondas es emitido durante la recombinación (la superficie de la última dispersión).

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Cronología del Big Bang - Reionización

Escrito por Enunlugarenelcosmos 27-07-2017 en ciencia. Comentarios (0)

La reionización es un proceso que ocurrió tras la época en que comenzó la formación de galaxias, y es la segunda mayor fase de cambio del hidrógeno en el universo. La primera es la recombinación (400 000 años tras el Big Bang), en el tiempo en que el enfriamiento debido a la expansión del universo lo condujo a una temperatura en que la tasa de recombinación del hidrógeno era mayor que la de ionización, permitiendo que los protones se recombinasen con electrones para formar átomos neutros. Se piensa que la reionización ocurrió cuando las primeras generaciones de estrellas de población III y quásars emitieron radiación que reionizó el universo, volviendo a hacerlo un plasma ionizado (150-1000 millones de años tras el big bang).

La eficiencia con que el gas existente entre un quásar y un observador puede absorber la radiación de ciertas longitudes de onda, tales como la transición Lyman-alpha del hidrógeno atómico, depende sensiblemente del grado en que se encuentre ionizado. Debido a la expansión del universo, estas líneas de absorción están desplazadas al rojo, más cuanto más lejana de nosotros se produjo la absorción, de tal forma que las absorciones presentes en diferentes partes del espectro son producidas por gas interceptado a diversas distancias. La luz de los quásares que nos alcanza ahora nos muestra distintas partes del espectro correspondientes a distintas etapas de la evolución del universo. Examinar el espectro de un quásar nos proporciona no solo información espacial, sino también temporal con respecto a la ionización del universo.

Estudios teóricos de la reionización sugieren que el universo debió pasar de ser relativamente neutro a altamente ionizado en un período relativamente breve.

Imagen: Galaxias durante la era de reionización en el universo temprano (simulación). Wikipedia

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Cronología del Big Bang - Formación de estructuras.

Escrito por Enunlugarenelcosmos 27-07-2017 en ciencia. Comentarios (0)

El Universo, como se conoce actualmente a partir de las observaciones de la radiación de fondo de microondas, empezó en un estado caliente, denso y casi uniforme hace 13 800 millones de años. Sin embargo, mirando el cielo actual, vemos estructuras a todas las escalas, desde estrellas y planetas hasta galaxias y a escalas mucho mayores, agrupaciones galácticas y enormes vacíos entre galaxias. ¿Cómo se ha formado todas estas estructuras a partir del uniforme Universo primigenio?

Bajo los modelos actuales, la estructura del Universo visible se formó siguiendo los siguientes pasos:

El Universo muy primigenio: Es esta etapa, algunos mecanismos, como la inflación cósmica son responsables de establecer las condiciones iniciales del Universo: homogeneidad, isotropía y forma plana.

El plasma primigenio: El Universo está dominado por la radiación durante gran parte de esta etapa y debido a ello las estructuras que fluyen libremente no pueden ser amplificadas gravitacionalmente. No obstante, existe una importante evolución, como la nucleosíntesis primordial crea los elementos primigenios y se emite la radiación de fondo de microondas. La anisotropía estructural detallada del fondo cósmico de microondas también se crea en esta época.

Crecimiento de estructuras lineales: Una vez que la materia, en particular la materia oscura fría, domina el colapso del Universo gravitacional puede empezar a amplificar las heterogeneidades minúsculas dejadas por la inflación cósmica, causando que la materia caiga hacia las regiones densas y haciendo que las regiones rarificadas estén más rarificadas. En esta época, la densidad de heterogeneidades es descrita mediante una simple ecuación diferencial lineal.

Crecimiento de estructuras no lineales: Según se vuelven las regiones más densas, la aproximación lineal que describe las heterogeneidades de las densidades empieza a fallar, las partículas adyacentes pueden incluso empezar a cruzar en cáusticas, y un tratamiento más detallado, utilizando la teoría newtoniana de la gravedad al completo llega a ser necesario. (A parte de la expansión de fondo del Universo, que es debida a la relatividad general, la evolución en estas escalas comparablemente pequeñas normalmente está bien aproximada por la teoría newtoniana). Esto es cuando las estructuras, como las agrupaciones galácticas y los halos galácticos se empiezan a formar. Continuando, en este régimen las fuerzas únicamente gravitacionales son significantes debido a que la materia oscura, que se piensa que tiene iteraciones muy débiles, es el papel dominante.

"Evolución gastrofísica": El paso final de la evolución es cuando las fuerzas electromagnéticas se vuelven importantes en la evolución de estructuras, cuando la materia barionica se agrupa densamente, como en las galaxias y las estrellas. En algunos casos, como con los núcleos de galaxias activas y quasars, la teoría newtoniana funciona mal y la relatividad general empieza a ser significante. El nombre de "gastrofísica" es debido a su complejidad: muchos diferentes y complicados efectos que incluyen la gravedad, la magnetohidrodinámica y los procesos nucleares tienen que tenerse en cuenta.

Las últimas tres etapas ocurren en diferentes momentos dependiendo de la escala. Las escalas más grandes del Universo se aproximan bien utilizando la teoría lineal, mientras que los cúmulos galácticos y los supercúmulos no son lineales y muchos fenómenos en la galaxia local tienen que modelizarse mediante una aproximación mucho más matizada, teniendo en cuenta todas las fuerzas. Esto es lo que se llama la formación de estructuras jerárquica: las estructuras más pequeñas acotadas gravitacionalmente, los quasars y las galaxias, primero, seguidas de las agrupaciones galácticas y los supercúmulos de galaxias. Se piensa que debido a la presencia de energía oscura en nuestro Universo, no se formarán estructuras mayores en nuestro Universo.

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